CN115800521A - Fmss工作模式切换控制方法、相关组件及fmss - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FMSS工作模式切换控制方法、相关组件及FMSS，涉及智能配电网领域。该方案中通过采用输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合的方法，使得工作模式切换后的换流器的内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项与切换前内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项大小相等，即切换时内环电流控制器从原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项进行调节，从而减小了工作模式切换过程中的调节时间，缩短了暂态过程，从而减小了暂态冲击，且通过结合外环功率控制器PI环节的使能信号，以减小工作模式切换前的输入误差。
Description
技术领域
本发明涉及智能配电网领域，特别是涉及一种FMSS工作模式切换控制方法、相关组件及FMSS。
背景技术
与传统联络开关相比，FMSS(Flexible Multi-State Switch，柔性多状态开关)能够实现配电网潮流的连续快速调节，且调节过程中冲击电流小，通过交-直-交变换可以有效避免电压等级和相角不同造成的合环冲击问题。作为一种新型的柔性开关设备，FMSS在配电网潮流优化、电能质量控制、分布式能源消纳、故障穿越等方面具有广泛应用前景。稳态运行时FMSS***存在多种工作模式，如定直流电压、无功功率模式，即UdcQ模式；定有功功率、无功功率模式，即PQ模式；定交流电压、频率模式，即Uacf模式。当FMSS所连交流***发生故障时，通过将与发生故障的交流***所连接的FMSS的故障换流器进行工作模式切换，例如切换到Uacf模式，以使FMSS的各个交流侧输出额定幅值、额定频率的三相电压，实现对非故障区域负荷的快速供电恢复，从而有效提高配电网供电可靠性。
然而在工作模式切换过程中，存在电流参考值降低再升高的过程，导致工作模式切换时间较长，易引发内环电流控制器的响应振荡，造成***失稳，因此，如何降低工作模式切换过程中的暂态冲击是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种FMSS工作模式切换控制方法、相关组件及FMSS，通过采用输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合的方法，使得工作模式切换后的换流器的内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项与切换前内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项大小相等，即切换时内环电流控制器从原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项进行调节，从而减小了工作模式切换过程中的调节时间，缩短了暂态过程，从而减小了暂态冲击，且通过结合外环功率控制器PI环节的使能信号，以减小工作模式切换前的输入误差。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种FMSS工作模式切换控制方法，所述FMSS包括三个换流器，各个所述换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合；所述方法包括：
基于瞬时功率计算公式，计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项；
根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式。
优选地，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式之后，还包括：
待出现故障的所述换流器的故障点清除后，控制出现故障的所述换流器从所述目标工作模式切换为所述原始工作模式。
优选地，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式之后，还包括：
基于未出现故障的所述换流器的原始正常工作模式的输入电流稳态预估值补偿项和稳定工作模式的输入电流稳态预估值补偿项与所述外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制未出现故障的所述换流器从所述原始正常工作模式切换为所述稳定工作模式；
待出现故障的所述换流器的故障点清除后，控制出现故障的所述换流器从所述目标工作模式切换为所述原始工作模式之后，还包括：
控制未出现故障的所述换流器从所述稳定工作模式切换为所述原始正常工作模式。
优选地，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，包括：
向所述目标工作模式的外环功率控制器PI环节发送使能信号，并基于出现故障的所述换流器的原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项和目标工作模式的输入电流稳态预估值补偿项控制出现故障的所述换流器从所述原始工作模式切换为所述目标工作模式，以使出现故障的所述换流器工作于所述目标工作模式。
优选地，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，包括：
确定工作模式切换时所述原始工作模式的输出侧的原始相位信息和原始电压幅值；
根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，且工作模式切换后所述目标工作模式的输出侧的目标相位信息与所述原始相位信息一致，目标电压幅值和所述原始电压幅值一致。
优选地，所述工作模式包括UdcQ模式、PQ模式和Uacf模式。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种FMSS工作模式切换控制***，所述FMSS包括三个换流器，各个所述换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合；所述***包括：
计算单元，用于基于瞬时功率计算公式，计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项；
控制单元，用于根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种FMSS工作模式切换控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如尚书吧所述FMSS工作模式切换控制方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种FMSS，包括如上述所述的FMSS工作模式切换控制装置，还包括三个换流器，各个所述换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的FMSS工作模式切换控制方法的步骤。
本申请提供了一种FMSS工作模式切换控制方法、相关组件及FMSS，涉及智能配电网领域。该方案中通过采用输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合的方法，使得工作模式切换后的换流器的内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项与切换前内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项大小相等，即切换时内环电流控制器从原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项进行调节，从而减小了工作模式切换过程中的调节时间，缩短了暂态过程，从而减小了暂态冲击，且通过结合外环功率控制器PI环节的使能信号，以减小工作模式切换前的输入误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种FMSS接入配电网拓扑结构示意图；
图3为本发明提供的FMSS拓扑结构示意图；
图4为本发明提供的一种PQ模式和Uacf模式的切换的示意图；
图5为本发明提供的一种UdcQ模式与Uacf模式的切换的示意图；
图6为本发明提供的一种PQ模式与UdcQ模式的切换的示意图；
图7为本申请提供的一种FMSS的相位、幅值同步控制器原理示意图；
图8为本申请提供的一种工作于UdcQ模式的FMSS端口馈线发生单相接地故障时的交流***三相电压仿真图；
图9为本申请提供的一种工作于UdcQ模式的FMSS端口馈线发生三相接地故障时的交流***三相电压仿真图；
图10为本申请提供的一种馈线三相故障后的FMSS重新并网运行时端口电压与馈线电压相位同步仿真图；
图11为本申请提供的一种馈线三相故障后的FMSS重新并网运行时端口电压与馈线电压幅值同步仿真图；
图12为本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制***的结构示意图；
图13为本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种FMSS工作模式切换控制方法、相关组件及FMSS，通过采用输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合的方法，使得工作模式切换后的换流器的内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项与切换前内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项大小相等，即切换时内环电流控制器从原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项进行调节，从而减小了工作模式切换过程中的调节时间，缩短了暂态过程，从而减小了暂态冲击，且通过结合外环功率控制器PI环节的使能信号，以减小工作模式切换前的输入误差。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制方法的流程示意图，FMSS包括三个换流器，各个换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合；方法包括：
S11：基于瞬时功率计算公式，计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项；
因为在FMSS的工作模式切换过程中，存在电流参考值降低的过程，导致工作模式切换的调节时间较长，易引发内环电流控制器响应振荡，造成***失稳。
为了解决上述技术问题，本申请中的FMSS包括三个换流器，各个换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合，各端口换流器间有功功率双向流动，无功功率独立解耦控制。而FMSS所采用的换流器为模块化多电平变换器，其拓扑结构为：
(1)交流侧与配电网相连接，直流侧为稳压直流电容；
(2)每相桥臂包括一个上桥臂和一个下桥臂；
(3)每个上桥臂或下桥臂均由N个相同的半桥子模块和一个桥臂电感组成。
(4)每相桥臂的输出端通过滤波电感连接到交流侧。
请参照图2和图3，图2为本发明提供的一种FMSS接入配电网拓扑结构示意图，图3为本发明提供的FMSS拓扑结构示意图，该拓扑结构通过模块化设计、子模块级联，降低了对开关器件的一致性的要求，无需开关器件间的直接串联，有效解决了传统换流器的均压、均流问题。FMSS所采用的换流器为MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平变换器)，MMC的电平数较高，其输出波形质量较高，且开关频率低于传统换流器，开关损耗相较于传统换流器也降低。MMC的每相桥臂均由上、下两个桥臂组成，MMC拓扑模块化程度较高，每个桥臂均由数量相同、结构相同的子模块串联组成，且各个桥臂的电抗、电阻、子模块内部结构参数均相同，通过对上、下桥臂中各子模块投切数量的控制，即可实现不同MMC之间不同功率及不同电压等级的输出，MMC的子模块可以但不限定选用半桥型结构。
作为一种优选的实施例，本申请中的工作模式包括UdcQ模式、PQ模式和Uacf模式。其中，UdcQ模式为定直流电压、无功功率模式，PQ模式为定有功功率、无功功率模式，Uacf模式为定交流电压、频率模式。
在计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项时，Uacf模式的内环电流控制器的输入电流参考值补偿方程为：
其中idref,u和iqref,u分别为Uacf模式下内环电流控制器的d轴输入电流参考值及q轴输入电流参考值；kp1和ki1分别为Uacf模式的外环功率控制器PI环节的比例系数与积分系数；ud与udref分别为外环功率控制器d轴的实际值与参考值；uq与uqref分别为外环功率控制器的q轴实际值与参考值，udref为希望得到的FMSS输出侧电压的d轴分量参考值，由人为给定。uqref为FMSS输出侧电压的q轴分量,具体数值给定为零。ud、uq分别为实际测得的FMSS输出侧电压的d轴分量与q轴分量；
和
分别为Uacf模式下内环电流控制器的d轴输入电流稳态预估值补偿项及q轴输入电流稳态预估值补偿项，可由瞬时功率计算公式计算得到。
Uacf模式下的瞬时功率计算公式为：
其中Pload和Qload分别为交流故障持续期间，需保证快速恢复供电的重要负荷的额定有功功率与无功功率；udref为额定电网电压，而在额定电网电压下uqref分量为零。
PQ工作模式时，内环电流控制器的输入电流参考值补偿方程为：
其中idref,i和iqref,i分别为PQ模式下内环电流控制器的d轴输入电流参考值及q轴输入电流参考值，kp2和ki2分别为PQ模式的外环功率控制器PI环节的比例系数与积分系数；Pref和Qref分别为PQ模式下的未出现故障时换流器所传输的有功功率参考值与无功功率参考值，P和Q分别为PQ模式下的换流器有功功率实际值与无功功率实际值；
和
分别为PQ模式下内环电流控制器的d轴输入电流稳态预估值补偿项及q轴输入电流稳态预估值补偿项，同样可由瞬时功率计算公式逆推得到。
PQ模式下的瞬时功率计算公式为：
UdcQ工作模式时，内环电流控制器的输入电流参考值补偿方程为：
其中idref,c和iqref,c分别为UdcQ模式下内环电流控制器的d轴输入电流参考值及q轴输入电流参考值，kp3和ki3分别为UdcQ模式的外环功率控制器PI环节的比例系数与积分系数,Udcref和Qref分别为未出现故障时换流器直流侧母线电压参考值与无功功率参考值，Udc和Q分别为直流侧母线电压实际值与无功功率实际值；
和
分别为UdcQ模式下内环电流控制器的d轴输入电流稳态预估值补偿项及q轴输入电流稳态预估值补偿项，同样可由瞬时功率计算公式逆推得到。
UdcQ模式下的瞬时功率计算公式为：
其中，
和
分别为UdcQ模式下内环电流控制器的d轴输入电流稳态预估值补偿项及q轴输入电流稳态预估值补偿项，Psum为工作模式为UdcQ模式的换流器的有功输出功率，取决于FMSS除当前换流器之外的其他换流器的有功传输量的代数和，Qref为工作模式为UdcQ模式的换流器未出现故障时的额定无功功率。
S12：根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式。
以工作于PQ模式的换流器故障为例进行说明。采用PQ模式稳态运行时，内环电流控制器的输入电流参考值为idref,i和iqref,i；采用Uacf模式稳态运行时，内环电流控制器的输入电流参考值为idref,u和iqref,u。当由PQ模式切换为Uacf模式时，内环电流控制器的输入电流参考值需从idref,i和iqref,i减小为零，然后经过暂态过程后重新调整到新的Uacf模式时的输入电流参考值idref,u和iqref,u，在工作模式切换过程中存在输入电流参考值降低的过程，调节时间较长、易引起控制器响应振荡，无法实现工作模式的平滑切换。
因此本文引入输入电流稳态预估值补偿项
和
使得工作模式切换后的内环电流控制器的输入电流参考值与工作模式切换前内环电流控制器的输入电流参考值的差别最小化，最优情况为大小相等。工作模式切换时内环电流控制器将从原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项进行调节，解决了切换过程中存在的内环电流控制器状态差的问题，缩短了暂态过程与工作模式切换过程中的调节时间。
本申请中采用输入电流稳态预估值补偿项与PI环节使能信号相结合的方法，设计了FMSS***各端口在UdcQ模式与PQ模式、UdcQ模式与Uacf模式以及PQ模式与Uacf模式间的平滑切换控制方法，能够有效降低工作模式直接切换造成的暂态冲击过程，实现多端FMSS***各端口换流器工作模式的快速平滑切换，能够实现馈线负荷的快速故障穿越，避免配电网传统故障处理手段造成的短时停电现象的发生，对于缩短停电时间、提升配电网重要负荷的故障穿越能力具有重要意义。
综上，本申请中通过采用输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合的方法，使得工作模式切换后的换流器的内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项与切换前内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项大小相等，即切换时内环电流控制器从原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项进行调节，从而减小了工作模式切换过程中的调节时间，缩短了暂态过程，从而减小了暂态冲击，且通过结合外环功率控制器PI环节的使能信号，以减小工作模式切换前的输入误差。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式之后，还包括：
待出现故障的换流器的故障点清除后，控制出现故障的换流器从目标工作模式切换为原始工作模式。
例如，当工作于PQ模式的换流器的交流***出现故障时，继电保护装置动作后此换流器切换为Uacf模式，为该换流器的馈线上的剩余负荷继续进行供电，出现故障的换流器由并网运行切换为离网运行方式。故障点清除后，此换流器切换回PQ模式，换流器重新并网运行。
基于此，各个换流器在故障点清除后以原始工作模式进行工作，保证换流器工作的稳定性。
作为一种优选的实施例，根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式之后，还包括：
基于未出现故障的换流器的原始正常工作模式的输入电流稳态预估值补偿项和稳定工作模式的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制未出现故障的换流器从原始正常工作模式切换为稳定工作模式；
待出现故障的换流器的故障点清除后，控制出现故障的换流器从目标工作模式切换为原始工作模式之后，还包括：
控制未出现故障的换流器从稳定工作模式切换为原始正常工作模式。
本实施例中，为了避免因受到出现故障的换流器的影响，导致未出现故障的换流器也无法稳定工作，在控制出现故障的换流器进行工作模式切换之后，还对未出现故障的换流器进行工作模式的切换，以保证在故障点清除之前各个换流器均可稳定正常工作，但是在故障点清除之后，将出现故障的换流器的工作模式切换为出现故障的换流器工作模式切换前的原始工作模式，还将未出现故障的换流器从稳定工作模式切换为工作模式切换前的始正常工作模式，以使各个换流器以原始的工作模式稳定运行。
例如，当UdcQ模式下的端口馈线故障发生时，此端口换流器将切换为Uacf模式，同时为维持直流母线电压稳定，将由其余非故障换流器切换为UdcQ模式，故障点清除后，出现故障的换流器由Uacf模式切换回UdcQ模式，非故障换流器从UdcQ模式切换回各自的原始正常工作模式。
作为一种优选的实施例，根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，包括：
向目标工作模式的外环功率控制器PI环节发送使能信号，并基于出现故障的换流器的原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项和目标工作模式的输入电流稳态预估值补偿项控制出现故障的换流器从原始工作模式切换为目标工作模式，以使出现故障的换流器工作于目标工作模式。
为了保证工作模式切换前后内环电流控制器的输入电流参考值大小相等，除采用输入电流稳态预估值补偿项外，对于外环功率控制器的PI环节做进一步调整。若由原始工作模式切换至目标工作模式之前，目标工作模式下的外环功率控制器PI环节已处于工作状态，输入误差经外环功率控制器PI环节后不断放大积累，在工作模式切换之后，目标工作模式的外环功率控制器的PI环节存在较大输出值，与输入电流稳态预估值补偿项相叠加，同样易造成工作模式切换时刻的暂态冲击，不利于平滑切换。因此对外环功率控制器PI环节添加使能信号，切换前目标工作模式的外环功率控制器PI环节的使能信号为0，也即在工作模式切换前不向目标工作模式的外环功率控制器PI环节发送使能信号，目标工作模式的外环功率控制器PI环节无输出；只有当进行切换时，目标工作模式的外环功率控制器PI环节使能信号跳变为1，目标工作模式的外环功率控制器PI环节此时开始输出。
综上所述，通过采用输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节使能信号相结合的策略，共同保证切换前后内环电流控制器输入电流参考值的大小相等或相差值小于预设极小值，从而缩短动态调节过程，最终实现工作模式的平滑切换。
作为一种优选的实施例，根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，包括：
确定工作模式切换时原始工作模式的输出侧的原始相位信息和原始电压幅值；
根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，且工作模式切换后目标工作模式的输出侧的目标相位信息与原始相位信息一致，目标电压幅值和原始电压幅值一致。
为减小换流器离网瞬间的相位的突变，可通过记忆工作模式记录切换时原始工作模式的输出侧的原始相位信息和原始电压幅值，以将原始相位信息作为目标工作模式的输出侧的目标相位信息，也即初相角，并将原始电压幅值作为工作模式切换时目标工作模式的输出侧的目标电压幅值，实现FMSS的换流器离网时相位的平滑切换。
而当故障点清除，工作模式切换前出现故障的换流器由离网运行切换为并网运行时，由于出现故障的换流器离网运行时所输出的交流电压的幅值和频率可能与配电网交流电压存在偏差，工作模式之间的直接切换会对FMSS***造成冲击，因此需要进行预同步操作。即根据测量到的配电网侧与FMSS输出侧电压幅值、相位的差值分别进行调整。通过控制使得FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值、相位相一致，进而实现预同步操作。
请参照图4，图4为本发明提供的一种PQ模式和Uacf模式的切换的示意图。
当某一换流器工作于PQ模式时，Uacf模式的外环功率控制器PI环节的使能信号不起作用而输出为零，图4中的模式开关S1和S2选择为通道1，内环电流控制器输入电流参考值idref由PQ模式的有功功率外环修正量与d轴输入电流稳态预估值补偿项
共同决定，iqref由PQ模式的无功功率外环修正量与q轴输入电流稳态预估值补偿项
共同决定。当由PQ模式切换为Uacf模式时，图4中的模式开关S1、S2选择为通道2，idref由Uacf模式有功类外环修正量与d轴输入电流稳态预估值补偿项
共同决定，iqref由无功类外环修正量与q轴输入电流稳态预估值补偿项
共同决定，当故障点清除后，换流器经预同步后重新并网运行，由目标工作模式切换至原始工作模式的切换流程如上，在此不再赘述。
ud与udref分别为外环功率控制器的d轴实际值与参考值；uq与uqref分别为外环功率控制器的q轴实际值与参考值；ud和uq分别为内环电流控制器的d轴输出值及q轴输出值。
请参照图5，图5为本发明提供的一种UdcQ模式与Uacf模式的切换的示意图，UdcQ模式的换流器负责维持FMSS***有功平衡。
当换流器运行于UdcQ模式时，Uacf模式的外环功率控制器PI环节的使能信号不作用而输出为零，图5中模式开关S1、S2选择为通道1，idref由UdcQ模式有功类外环功率控制器修正量与d轴输入电流稳态预估值
补偿项共同决定，iqref由UdcQ模式无功功率外环修正量与q轴输入电流稳态预估值
补偿项共同决定。当由UdcQ模式切换为Uacf模式时，图5中模式开关S1、S2选择为通道2，idref由Uacf模式有功类外环修正量与d轴输入电流稳态预估值补偿项
共同决定，iqref由Uacf模式无功类外环修正量与d轴输入电流稳态预估值补偿项
共同决定。
其中Udcref和Udc分别为直流侧母线电压参考值与实际值；ud与udref分别为外环功率控制器的d轴输入实际值与输入参考值；uq与uqref分别为外环功率控制器的q轴实际值与参考值；idref和iqref分别为最终得到得内环电流控制器的d轴输入参考值及q轴输入参考值；ud和uq分别为内环电流控制器的d轴输出值及q轴输出值。
请参照图6，图6为本发明提供的一种PQ模式与UdcQ模式的切换的示意图，对于PQ模式与UdcQ模式之间的切换，仅涉及d轴有功类控制量间的切换，q轴无功类控制量无需切换。
换流器由离网运行切换为并网运行时，FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值差ΔU、相位差Δθ分别为：
其中Ui和US分别为FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值；θS和θi分别为FMSS输出侧与配电网侧的电压相位。
通过预同步环节的PI环节计算出预同步期间需要调整的FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值调节量ΔEsyn、频率调节量Δωsyn分别为：
其中kp和ki分别为PI控制器比例系数与积分系数；ΔU与Δθ分别为FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值差、相位差。
将电压幅值调节量ΔEsyn、频率调节量Δωsyn分别叠加至目标工作模式的电压参考值与频率参考值上，调整FMSS输出侧的电压幅值跟随配电网的电压幅值变化，同时通过调整FMSS输出侧电压频率的方式间接调整输出电压的相位，实现FMSS***对配电网相位的跟踪。
请参照图7，图7为本申请提供的一种FMSS的相位、幅值同步控制器原理示意图，FMSS端口并网运行时开关S3断开，开关S4选择通道1，PI环节输出置零，通过PLL获取配电网侧电压相位，θS与θref相等；当FMSS端口从并网模式切换至离网模式运行时，开关S3断开，开关S4选择通道2，在延时模块的作用下锁定离网瞬间相位，也即离网瞬间的θref，作为人为构造相位的初相角，也即目标工作模式的初相角，以额定角频率ωref继续增加；当由离网运行切换至并网运行时预同步开关S3闭合，PI环节开始计算FMSS输出侧与配电网侧电压的幅值误差、相位误差。当Ui＝Us，θi＝θs时预同步完成，PI环节输出置零，预同步开关S3断开、开关S4选择通道1，最终完成并网操作。
其中Usabc和Uiabc分别为配电网侧与FMSS输出侧测得的三相电压；Us和Ui分别为配电网侧与FMSS输出侧的电压幅值；θs和θi分别为配电网侧与FMSS输出侧的电压相位；ΔU与Δθ分别为FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值差、相位差；ΔEsyn和Δωsyn分别为FMSS输出侧与配电网侧的电压幅值调节量、频率调节量；U0和ωref分别为目标工作模式下的电压参考值与频率参考值；Uref和θref分别为最终得到的经过预同步环节的电压幅值参考值与电压相位参考值。
请参照图8，图8为本申请提供的一种工作于UdcQ模式的FMSS端口馈线发生单相接地故障时的交流***三相电压仿真图，采用UdcQ模式的换流器的馈线发生单相接地故障，FMSS***采用本发明提供的工作模式切换控制方法，故障穿越期间换流器的三相电压波形如图8所示。t＝0.2s时换流器的馈线发生单相接地故障，继电保护装置动作进而隔离故障区域，在t＝0.3s时换流器由并网运行切换至离网运行，由UdcQ模式切换为Uacf模式，换流器的交流侧三相电压快速升高，动态响应平滑，实现馈线剩余负荷的故障穿越。
请参照图9，图9为本申请提供的一种工作于UdcQ模式的FMSS端口馈线发生三相接地故障时的交流***三相电压仿真图，t＝0.2s时换流器的交流母线发生三相接地故障，三相电压跌落为零。继电保护装置动作进而隔离故障区域，在t＝0.3s时换流器由UdcQ模式切换为Uacf模式，三相交流电压从零开始建立，并快速升高，动态响应平滑，实现馈线剩余负荷的供电恢复。
在t＝0.5s时开始进行FMSS端口并网预同步操作，图10为本申请提供的一种馈线三相故障后的FMSS重新并网运行时端口电压与馈线电压相位同步仿真图；图11为本申请提供的一种馈线三相故障后的FMSS重新并网运行时端口电压与馈线电压幅值同步仿真图。经过0.04s，换流器侧电压相位、幅值与配电网侧电压相位、幅值达到相同水平，预同步操作完成。在t＝0.54s时换流器由Uacf模式切换回UdcQ模式,换流器由UdcQ模式切换回PQ模式,并网操作完成。重新并网运行期间换流器端口电压与馈线电压迅速对接，切换过程持续时间极短，响应平滑，波动较小。
请参照图12，图12为本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制***的结构示意图，FMSS包括三个换流器，各个换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合；该***包括：
计算单元121，用于基于瞬时功率计算公式，计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项；
控制单元122，用于根据各个工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制FMSS中出现故障的换流器从原始工作模式切换至目标工作模式。
对于本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制***的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
请参照图13，图13为本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制装置的结构示意图，该装置包括：
存储器131，用于存储计算机程序；
处理器132，用于执行计算机程序时实现如尚书吧FMSS工作模式切换控制方法的步骤。
对于本发明提供的一种FMSS工作模式切换控制装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
本发明还提供了一种FMSS，包括如上述的FMSS工作模式切换控制装置，还包括三个换流器，各个换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合。
对于本发明提供的FMSS的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
本发明中的计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的FMSS工作模式切换控制方法的步骤。
对于本发明提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种FMSS工作模式切换控制方法，其特征在于，所述FMSS包括三个换流器，各个所述换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合；所述方法包括：
基于瞬时功率计算公式，计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项；
根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式。
2.如权利要求1所述的FMSS工作模式切换控制方法，其特征在于，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式之后，还包括：
待出现故障的所述换流器的故障点清除后，控制出现故障的所述换流器从所述目标工作模式切换为所述原始工作模式。
3.如权利要求2所述的FMSS工作模式切换控制方法，其特征在于，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式之后，还包括：
基于未出现故障的所述换流器的原始正常工作模式的输入电流稳态预估值补偿项和稳定工作模式的输入电流稳态预估值补偿项与所述外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制未出现故障的所述换流器从所述原始正常工作模式切换为所述稳定工作模式；
待出现故障的所述换流器的故障点清除后，控制出现故障的所述换流器从所述目标工作模式切换为所述原始工作模式之后，还包括：
控制未出现故障的所述换流器从所述稳定工作模式切换为所述原始正常工作模式。
4.如权利要求1所述的FMSS工作模式切换控制方法，其特征在于，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，包括：
向所述目标工作模式的外环功率控制器PI环节发送使能信号，并基于出现故障的所述换流器的原始工作模式的输入电流稳态预估值补偿项和目标工作模式的输入电流稳态预估值补偿项控制出现故障的所述换流器从所述原始工作模式切换为所述目标工作模式，以使出现故障的所述换流器工作于所述目标工作模式。
5.如权利要求1所述的FMSS工作模式切换控制方法，其特征在于，根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，包括：
确定工作模式切换时所述原始工作模式的输出侧的原始相位信息和原始电压幅值；
根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式，且工作模式切换后所述目标工作模式的输出侧的目标相位信息与所述原始相位信息一致，目标电压幅值和所述原始电压幅值一致。
6.如权利要求1所述的FMSS工作模式切换控制方法，其特征在于，所述工作模式包括UdcQ模式、PQ模式和Uacf模式。
7.一种FMSS工作模式切换控制***，其特征在于，所述FMSS包括三个换流器，各个所述换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合；所述***包括：
计算单元，用于基于瞬时功率计算公式，计算各个工作模式下内环电流控制器的输入电流稳态预估值补偿项；
控制单元，用于根据各个所述工作模式下的输入电流稳态预估值补偿项与外环功率控制器PI环节的使能信号相结合，控制所述FMSS中出现故障的所述换流器从原始工作模式切换至目标工作模式。
8.一种FMSS工作模式切换控制装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述FMSS工作模式切换控制方法的步骤。
9.一种FMSS，其特征在于，包括如权利要求8所述的FMSS工作模式切换控制装置，还包括三个换流器，各个所述换流器的交流侧与配电网连接，直流侧通过直流电容耦合。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的FMSS工作模式切换控制方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202211448093.5A CN115800521A (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | Fmss工作模式切换控制方法、相关组件及fmss |
Applications Claiming Priority (1)
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2022
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